[發明專利]高低頻沖擊力學及頻率綜合測試一體化實驗臺

有效

• 申請號: 201510161907.0
• 申請日: 2015-04-04
• 公開（公告）號: CN104764666B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 李樹剛;趙鵬翔;李志梁;林海飛;肖鵬;李莉;丁洋;潘紅宇
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種實驗臺，具體涉及一種高低頻沖擊力學及頻率綜合測試一體化實驗臺。

背景技術

煤層開采過程中，上覆煤巖層在受開采擾動影響下發生彎曲破裂，為瓦斯運移提供了通道，但對整個煤巖體進行裂隙演化力學特性、分形特征、能量耗散特征及頻率變化特征開展測試幾乎不可能。而目前已有的固定頻率巖石力學實驗壓力機，其只能滿足壓制成型煤樣與巖樣及原煤、型煤試件抗壓強度的粗略測試，而對壓裂整個過程的相關測試任然無法完成。通過查閱近期國內外相關文獻，研究煤巖體試件及相似材料試件在壓縮過程中其裂隙演化的力學特性、分形特征、能量耗散特征及頻率變化特征，是一種開展對整個巖層各方面特征研究行之有效的方法之一，同時為瓦斯運移通道的時空演化規律研究提供了基礎。因此，研發一套高低頻沖擊力學及頻率綜合測試一體化實驗臺，是開展煤巖體及相似材料試件在不同沖擊頻率、不同成型壓力、不同壓力、不同脈沖頻率下，試件壓裂全過程中其裂隙演化特征實驗的主要手段之一。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種高低頻沖擊力學及頻率綜合測試一體化實驗臺，通過組合式油泵、組合式液壓缸、組合式高低頻頻率監測設備的集成，來實現煤巖體及相似材料試件在壓裂全過程中的力學特性、裂隙演化特征、裂紋多尺度分形特征、頻率變化特征的觀測與監測，從微觀角度對瓦斯通道的時空演化規律開展相應的研究，為煤與瓦斯共采理論與技術提供了實驗基礎。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

高低頻沖擊力學及頻率綜合測試一體化實驗臺，包括四柱測試臺面、高頻及大噸位組合油缸、伺服液壓控制系統、PLC全自動程控系統、光電保護裝置、油溫報警裝置、自動閉鎖裝置、裂隙演化圖像采集及頻率分析系統、過載保護系統、影像顯示系統和相關儀器儀表，高頻及大噸位組合油缸包括高頻沖擊油缸及大噸位壓力油缸，

高頻沖擊油缸在實驗臺工作過程中在伺服液壓控制系統及PLC全自動程控系統的控制下能夠快速下壓，對試件施加實驗規定的沖擊力，以此達到具有實驗要求抗壓強度及致密性的試件，在高頻沖擊油缸的外部包裹有大噸位壓力油缸，該大噸位壓力油缸同樣由伺服液壓控制系統及PLC全自動程控系統控制，實驗過程中緩慢下壓，當接觸試件后，能夠做到保證壓力及保壓條件下的持續下壓，能夠制作出滿足開展實驗的型煤及型巖試件；

PLC全自動程控系統，包括PLC程序控制面板上設置的手動控制、自動控制及用于顯示油缸輸出力度及推頭施加力度的顯示屏；

光電保護裝置，用于針對高頻沖擊油缸沖擊過程中的安全問題當有物體遮住外界光線后，PLC全自動程控系統自動閉鎖；

油溫報警裝置，用于在實驗過程中對液壓站中的油溫進行監測，保證液壓站的正常運行；

自動閉鎖裝置，用于保證實驗臺周圍物體及人員的安全，若在高頻沖擊油缸下壓過程中，在有效工作臺面內試件除外的任意點有物體，高頻沖擊油缸會自動停止工作并報警；

裂隙演化圖像采集及頻率分析系統包括裂隙演化觀測裝置和試件故有頻率及壓裂過程中試件能量監測裝置，用于針對型煤及型巖試件壓裂全過程裂紋演化及頻率變化的監測，以此實現裂隙演化的力學特性、分形特征、能量耗散特征及頻率變化特征的實驗研究；

過載保護系統包括電流表過載保護裝置、電壓表過載保護裝置、溫控表過載保護裝置；

相關儀器儀表包括電流表、電壓表、溫控表。

其中，所述四柱測試臺面主體機架尺寸為750mm×750mm×1800mm。

其中，所述高頻沖擊油缸的參數要求為：缸徑為63mm、桿徑為40mm、外徑為90mm、有效行程300mm、速度范圍為20-400mm/s、額定壓力32Mpa、工作環境溫度0-40℃、安裝方式以前法蘭連接并兩端緩沖。

其中，所述大噸位壓力油缸的參數要求為：缸徑為160mm、桿徑為125mm、外徑為206mm、有效行程300mm、下壓速度0-20mm/s，額定壓力32Mpa、工作環境溫度0-40℃、安裝方式以前法蘭連接并兩端緩沖。

本發明具有以下有益效果：

通過組合式油泵、組合式液壓缸、組合式高低頻頻率監測設備的集成，來實現煤巖體及相似材料試件在壓裂全過程中的力學特性、裂隙演化特征、裂紋多尺度分形特征、頻率變化特征的觀測與監測，從微觀角度對瓦斯通道的時空演化規律開展相應的研究，為煤與瓦斯共采理論與技術提供了實驗基礎。

附圖說明

圖1為本發明實施例的局部結構示意圖。

圖2為本發明實施例中PLC全自動程控系統的結構示意圖。